光聲成像與近紅外光學成像技術原理及應用介紹
光聲成像與近紅外光學成像的完美結合?
1.光聲成像結合近紅外光學，兩種成像模式的融合：
近紅外超聲成像技術的原理：當近紅外脈沖激光照射到生物組織上，生物組織吸收光能量而產生熱膨脹，在脈沖間隙釋放能量發生收縮。伴隨著熱脹冷縮的過程會產生高頻超聲波，吸收光能量的多少決定了產生的超聲波的強度。因為不同的組織對近紅外光的吸收不同，于是就會產生不同強度的超聲波，這個技術對于血管成像十分理想，因為血紅蛋白是近紅外超聲成像內源性的造影劑。利用這個技術，在腫瘤學的研究中可以用來區分正常組織和病變組織（因為癌癥組織的血管十分豐富）。另外，光聲成像技術檢測的是超聲信號（該技術克服了純光學成像技術 在成像深度與分辨率上不可兼得的不足），反映的是光能量吸收的差異（補充純超聲成像技術在對比度和功能性方面的缺陷），結合近紅外光學和超聲這兩種成像技術各自的優點，能實現對組織體較大深度的高分辨率、高對比度、高靈敏度的結構成像和功能成像的結合，并且能對感興趣區域（腫瘤部位）做斷層成像，效果要優于小動物CT。并且近紅外成像由于其穿透力較深和組織背景低等特點，特別適合于體內的成像；并且該系統所配備的近紅外實時成像系統，可實時指導小動物乃至大動物的手術操作，在造影劑的輔佐下，可完成靶向部位的探測成像，指導手術的細微操作。因此，該成像平臺不僅可以完成無標記的組織結構和功能成像（光聲部分），又可在造影劑的增強效果下完成手術的導航（近紅外光學部分），是科研定量研究和轉化醫學的結合產物。
近紅外超聲成像平臺是近年來發展起來的一種無損醫學成像方法，它結合了純光學成像的高對比度特性和純超聲成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高對比度的組織成像。并可對組織進行3D定量分析，可完成多波長激發的斷層掃描，可實時指導動物模型的手術操作過程，它是近幾年來新興的無損醫學成像方法，也是動物模型研究中不可或缺的工具之一。?
目前應用近紅外超聲技術的文章多在國際前沿雜志上發表，如nature等，它代表了新型的小動物成像發展的趨勢，也給小動物成像帶來了技術上的革新。所以能夠購買此平臺將會大大提高科研技術水平，縮短與國際領先實驗室的技術差距。?
近紅外光學部分在染料、探針或造影劑的選擇上與光聲成像是兼容的，因為光聲成像的波長就是在近紅外區域，所以從實驗設計上來講，就能夠做到完全與光聲成像同步。不需要設計和增加額外的探針或造影劑，就能夠實時同步確證的實驗，從而節約了研究成本，也能夠確保數據對比的可靠性。?
近紅外光學部分具有實時光學成像的特點，可以持續對研究對象進行成像并錄制成連續動態的電影，觀察探針或造影劑在體內分布的時間分布。這種實時成像同時還具有開放的特點，即不需要專業暗室，動物也不需要進行麻醉，只要將近紅外光學探頭對準動物即可。這種簡單易用的操作，不需要特殊試驗條件的特點使得近紅外光學更具有較強的實用性。由于它具有實時成像、實時錄影的特點，因此對于某些吸收較快、清除較快的探針具有特別重要的現實意義。任何一個時間段的熒光信號變化都能夠被完全捕獲下來，不會漏掉某個時段的信號信息。?
近紅外光學部分具有較大動物適應性，可以用在從小鼠、大鼠、豚鼠、兔子、狗、羊、豬、直至馬等大動物身上。這是其他成像設備所并不能具備的特點。?
近紅外光學部分特別適合于腫瘤成像研究。腫瘤對于探針的吸收也是較為快速，使用該模塊可以實施腫瘤的實時成像分析。該模塊配套使用的AngioStamp專用熒光染料，可以很好地用于腫瘤血管新生的分析。在連續實時成像分析模式下，可以清楚記錄熒光探針在腫瘤內外吸收、沉積、清除的整個連續過程。而且不需要對動物進行麻醉和其他任何實驗介入，從而最大程度地保證了動物的自然狀態，確保科研數據的可靠性。?
在血管和淋巴相關研究方面，近紅外光學部分也能發揮較大的作用。使用該模塊配套的SentiDye專用染料，可以實現血管和淋巴的實時成像。當然也可以使用各自實驗室使用的在該波長下的其他探針染料。?
近紅外光學部分可用于藥物代謝的研究。藥物在體內的分布一直是藥物研究者所關注的焦點。藥物連接上近紅外熒光染料后，就可以在該模塊下研究藥物在體內的分布和代謝。而且這種研究得到是實時動態的過程，并不會失掉任何一個時間點，配合分析軟件，就可實現熒光信號的定量分析，從而得出藥物動力學的一些定量數據。?
近紅外光學部分更特別適合于轉化醫學研究，由于它具有較大的動物適應性，因此對于轉化醫學研究具有重大的推動作用。甚至可以用于以科研為目的的轉化醫學患者對象研究。 Endra公司是由輝瑞、默克、強生、雅培、Lilly、諾華諾德、阿斯特拉等七大制藥公司組成的Enlight Biosciences實體投資成立的。Endra發展光聲的歷史可以追溯到2001年，迄今已有13年的歷史，目前Endra已經在腫瘤生物學和探針研發方面開展了7年多的應用性研究。目前Endra Nexus128光聲系統在全世界裝機量最大，用戶數最多，使用頻率也是最高的。例如斯坦福大學準備購買第二臺Endra。光聲系統的發明人華盛頓大學(St Louis)汪立宏教授是Endra公司的科學顧問，斯坦福大學的Sam Gambhir教授也是Endra的科學顧問。這兩位在生物醫學成像領域的大師級人物也是眾多該領域科技期刊的主編或編委，Endra公司與他們良好的關系可以為科研論文的發表奠定良好的基礎。??
2.近紅外光學（實時開放式成像）其他運用：??
腫瘤生物學、腫瘤動態監測-轉移、增殖、腫瘤治療療效評估、腫瘤切除實時指導、腫瘤動物模型的建立、腫瘤新生血管成像、區域引流淋巴節成像、藥學、藥物靶向治療、藥物代謝分布、血管生物學、?血管網絡成像、動脈靜脈成像、血管接駁指導。
其他領域：實時手術引導，大動物成像，熒光染料的評估，生物分子的體內分布。??
3.未來共同配合上臨床項目：
近紅外手術導航系統?
?熒光造影劑已經在臨床上廣泛應用，如FITC， ICG，甲基藍等，用于血管造影，肝功能檢測和前哨淋巴結的示蹤。
? 熒光造影劑具備低毒性，所以在臨床上使用對病人和醫護人員都比較安全。
? 熒光造影劑用于血管造影可以取代傳統的數字減影（DSA）技術，減少病人和醫護人員的輻射。
? 熒光成像技術廣泛應用于外科手術如肝膽外科手術，冠狀動脈搭橋，皮瓣移植，美容重建等。
? 熒光成像技術已經用于腫瘤手術圖像引導切除術（Image-Guided Surgery），被學術期刊評為2011年外科手術的10大進展之一，未來發展前景廣闊。
? 術中熒光成像技術應用于腫瘤手術需要高靈敏度的術中導航系統和高（腫瘤）特異性的熒光造影劑。
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項目成果
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科技前沿
